CN107474477A - 一种木材功能改性增重剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种木材功能改性增重剂及其制备方法，方法包括：在反应釜内加入90‑95kg水，升温至第一温度；启动反应釜搅拌机，加入10‑12kg聚乙烯醇，直至聚乙烯醇完全溶化后降温至第二温度，搅拌10分钟；降温至第三温度的同时，加入3‑5kg碳酸钙、1.8‑2.3kg膨润土或蒙脱土、3.0‑3.5kg双氰胺或磷酸二氢铵；冷却到第四温度，加入40‑45kg木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂并搅拌10‑20分钟后出锅，制备得到木材功能改性增重剂。本发明制备得到的改性增重剂对速生杨木的改性增重作用明显，增重率达28％左右。

Description

一种木材功能改性增重剂及其制备方法
技术领域
本发明的实施例涉及木材功能改性增重剂及其制备方法。
背景技术
我国人工林的面积位居世界第一,其中速生杨占65％以上，人工林速生材由于生长年限短,导致了本身材质松软、强度较低、容易翘曲、变形大,用途上受到了较大的局限，开发功能改性增重的人工林速生木材产品生产技术，提升人工林速生木材的质量，拓展人工林速生木材的利用途径,使人工林速生木材产品逐步替代天然林生产的产品，对解决我国木材资源匮乏、优质阔叶材和大径级木材短缺的重大行业难题，促进林业产业可持续发展具有重大意义。
改性剂是改性外加剂的简称，凡能改善或提高材料的某些性能的外加剂，均称之为改性剂。国内外采用改性剂对人工林速生木材改性增重进行了许多研究和实践，但目前主要还存在的问题是：采用以脲醛树脂或酚醛树脂为主要成分的改性剂，将造成产品中有害的游离醛或有毒的游离酚含量高、用量大、成本高而且生产及使用过程危害环境安全等。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明提供了以环保型天然生物质合成的木质素改性酚醛树脂和聚乙烯醇为主要成份的速生木材功能改性增重剂及其制备方法。
本发明提供了一种制备木材功能改性增重剂的方法，包括：在反应釜内加入90-95kg水，升温至第一温度；启动反应釜搅拌机，加入10-12kg聚乙烯醇，直至聚乙烯醇完全溶化后降温至第二温度，搅拌10分钟；降温至第三温度的同时，加入3-5kg碳酸钙、1.8-2.3kg膨润土或蒙脱土、3.0-3.5kg双氰胺或磷酸二氢铵；冷却到第四温度，加入40-45kg木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂并搅拌10-20分钟后出锅，制备得到所述木材功能改性增重剂。
在上述方法中，其中，所述第一温度为92℃-98℃。
在上述方法中，其中，所述第二温度为77℃-83℃。
在上述方法中，其中，所述第三温度为57℃-63℃。
在上述方法中，其中，所述第四温度为27℃-33℃。
本发明还提供了根据上述方法制备得到的木材功能改性增重剂。
本发明制备得到的改性增重剂对速生杨木的改性增重作用明显，增重率达28％左右。此外，硬度提高3倍左右，并且使得吸湿率降低60％左右，使得增重改性后的木材更符合木地板的使用要求。
附图说明
图1示出了本发明的制备木材功能改性增重剂的各种物质添加顺序和制造方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
图1示出了本发明的制备木材功能改性增重剂的各种物质添加顺序和制造方法的示意性流程图。参见图1，在反应釜内加入90-95kg水，快速升温至92℃-98℃时；启动反应釜搅拌机，于15分钟内连续缓慢加入聚乙烯醇10-12kg，直至聚乙烯醇完全溶化后降温至77℃-83℃，搅拌10分钟；降温至57℃-63℃的同时缓慢加入3-5kg碳酸钙、加入1.8-2.3kg膨润土(也可以使用蒙脱土)、加入3.0-3.5kg双氰胺(也可以替换为磷酸二氢铵)，此过程基本同步完成；冷却到27℃-33℃时，加入40-45kg木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂(固含量25％)并搅拌10-20分钟后出锅，制备得到木材功能改性增重剂。膨润土或蒙脱土有助于改进增重剂的耐水性，双氰胺或磷酸二氢铵有助于改进增重剂的滞火性，木材胶粘剂有助于促进增重剂的固化与固着。
木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂可以通过以下方法制备。首先将集热式恒温加热磁力搅拌器水浴锅升温至55-60℃；之后将融化的苯酚(苯酚的纯度为98％)75-80克加入三口烧瓶并在55-60℃的水浴锅中开始升温，依次缓慢地(约15-20分钟，过急或同时加入容易产生副反应)将甲醛溶液(质量浓度为37％)60-64克、碱液(氢氧化钠的质量浓度为50％)6.0-6.5克、酶解木质素75-80克和水145克加入三口烧瓶，并升温至80℃，然后保温反应75-80分钟；分两次缓慢地(每次约3分钟)加入第二、第三批甲醛溶液(浓度为37％)各45-48克反应55-60分钟后，降温至65-70℃；然后缓慢地(约3分钟)加入第二批碱溶液(氢氧化钠的质量浓度为50％)22-25克，以及加入尿素12.0-12.8克，在65-70℃条件下保温反应38-40分钟；最后冷却降温至45℃出料，制备得到木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂。
之后用改性增重剂对速生杨木地板坯料进行处理，通过本领域常用的方法测量杨木地板坯料的吸湿率、木材增重率和硬度，并且比较处理前和处理后的杨木地板坯料的吸湿率和硬度。其中，木材增重率＝(增重后木材质量/增重前木材质量－1)×100％。
实施例1
在反应釜内加入90kg水，快速升温至95℃时；启动反应釜搅拌机，于15分钟内连续缓慢加入聚乙烯醇10kg，直至聚乙烯醇完全溶化后降温至80℃，搅拌10分钟；降温至60℃的同时缓慢加入3.0kg碳酸钙、加入2.0kg膨润土、加入3.2kg双氰胺，此过程基本同步完成；冷却到30℃时，加入42kg木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂并搅拌15分钟后出锅。
将需要改性处理的速生杨木地板材干燥到含水率10％。使用速生杨木功能改性增重剂对40块速生杨木地板坯料(长1125㎜，宽125㎜，厚24㎜)进行改性处理。处理罐容积为1.0立方米，处理时间400分钟左右。首先将地板坯料置于处理罐并抽真空到0.9～0.98MPa，保持20分钟后负压吸进改性剂260公斤浸渍20分钟，然后开始加压，加压压力分别为0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa等四挡间歇式加压，当压力升至0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa时每压力段保压40分钟，升至最高压力1.2MPa后保压2小时，然后卸除压力、放掉罐内处理剂；然后启动处理罐导热油加热系统升温到80℃并抽真空至0.6MPa保持1小时，最后停止加热、解除真空并出料。
经过功能改性增重剂处理的速生杨木地板坯料在干燥窑干燥至含水率12％并闷窑4小时后出窑，完成速生杨木地板坯料的功能改性增重。
改性增重后的杨木地板坯料无明显翘曲变形和开裂，刨光后比同类未处理木材坯料吸湿率降低62％，木材增重率达28％，木材硬度提高近3倍。
实施例2
在反应釜内加入93kg水，快速升温至92℃时；启动反应釜搅拌机，于15分钟内连续缓慢加入聚乙烯醇11kg，直至聚乙烯醇完全溶化后降温至77℃，搅拌10分钟；降温至57℃的同时缓慢加入4kg碳酸钙、加入1.8kg膨润土、加入3.0kg双氰胺，此过程基本同步完成；冷却到27℃时，加入40kg木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂并搅拌10分钟后出锅。
将需要改性处理的速生杨木地板材干燥到含水率8％。使用速生杨木功能改性增重剂对40块速生杨木地板坯料(长1125㎜，宽125㎜，厚24㎜)进行改性处理。处理罐容积为1.0立方米，处理时间400分钟左右。首先将地板坯料置于处理罐并抽真空到0.9～0.98MPa，保持20分钟后负压吸进改性剂260公斤浸渍20分钟，然后开始加压，加压压力分别为0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa等四挡间歇式加压，当压力升至0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa时每压力段保压40分钟，升至最高压力1.2MPa后保压2小时，然后卸除压力、放掉罐内处理剂；然后启动处理罐导热油加热系统升温到80℃并抽真空至0.6MPa保持1小时，最后停止加热、解除真空并出料。
经过功能改性增重剂处理的速生杨木地板坯料在干燥窑干燥至含水率12％并闷窑4小时后出窑，完成速生杨木地板坯料的功能改性增重。
改性增重后的杨木地板坯料无明显翘曲变形和开裂，刨光后比同类未处理木材坯料吸湿率降低60％，木材增重率达27％，木材硬度提高近2.8倍。
实施例3
在反应釜内加入95kg水，快速升温至98℃时；启动反应釜搅拌机，于15分钟内连续缓慢加入聚乙烯醇12kg，直至聚乙烯醇完全溶化后降温至83℃，搅拌10分钟；降温至63℃的同时缓慢加入5kg碳酸钙、加入2.3kg膨润土、加入3.5kg双氰胺，此过程基本同步完成；冷却到33℃时，加入45kg木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂并搅拌15分钟后出锅。
将需要改性处理的速生杨木地板材干燥到含水率12％。使用速生杨木功能改性增重剂对40块速生杨木地板坯料(长1125㎜，宽125㎜，厚24㎜)进行改性处理。处理罐容积为1.0立方米，处理时间400分钟左右。首先将地板坯料置于处理罐并抽真空到0.9～0.98MPa，保持20分钟后负压吸进改性剂260公斤浸渍20分钟，然后开始加压，加压压力分别为0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa等四挡间歇式加压，当压力升至0.4MPa、0.8MPa、1.0MPa时每压力段保压40分钟，升至最高压力1.2MPa后保压2小时，然后卸除压力、放掉罐内处理剂；然后启动处理罐导热油加热系统升温到80℃并抽真空至0.6MPa保持1小时，最后停止加热、解除真空并出料。
经过功能改性增重剂处理的速生杨木地板坯料在干燥窑干燥至含水率12％并闷窑4小时后出窑，完成速生杨木地板坯料的功能改性增重。
改性增重后的杨木地板坯料无明显翘曲变形和开裂，刨光后比同类未处理木材坯料吸湿率降低63％，木材增重率达29％，木材硬度提高近3.2倍。
由上可知，本发明制备得到的改性增重剂对速生杨木的改性增重作用明显，增重率达28％左右。此外，硬度提高3倍左右，并且使得吸湿率降低60％左右，使得增重改性后的木材更符合木地板的使用要求。
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (6)

1.一种制备木材功能改性增重剂的方法，包括：
在反应釜内加入90-95kg水，升温至第一温度；
启动反应釜搅拌机，加入10-12kg聚乙烯醇，直至聚乙烯醇完全溶化后降温至第二温度，搅拌10分钟；
降温至第三温度的同时，加入3-5kg碳酸钙、1.8-2.3kg膨润土或蒙脱土、3.0-3.5kg双氰胺或磷酸二氢铵；
冷却到第四温度，加入40-45kg木质素改性酚醛树脂木材胶粘剂并搅拌10-20分钟后出锅，制备得到所述木材功能改性增重剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一温度为92℃-98℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二温度为77℃-83℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三温度为57℃-63℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第四温度为27℃-33℃。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的方法制备得到的木材功能改性增重剂。
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